CN110712327A - 卫星用复杂碳纤维加强筋整体成型模具设计方法及模具 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种卫星用复杂碳纤维加强筋整体成型模具设计方法，包括如下步骤：外侧筋格限位步，采用外侧刚性围条限位形成外围筋格；中心筋格定位步骤，将刚性芯模设置在每个宫格筋内，从而进行定位和限位；软模设置步骤，在筋格中设置膨胀软模，以保证每根加强筋的左右两侧中，一侧为刚性模具，另一侧为膨胀软模；其中，所述宫格筋内是指加强筋中封闭部分合围形成的宫格区域内部；所述刚性模具包括外侧刚性围条和刚性芯模。

Description

卫星用复杂碳纤维加强筋整体成型模具设计方法及模具
技术领域
本发明涉及大尺寸卫星天线技术领域，具体地，涉及一种卫星用复杂碳纤维加强筋整体成型模具设计方法及模具，尤其涉及一种卫星用复杂碳纤维九宫加强筋整体成型模具设计方法及模具。
背景技术
卫星用部分天线类结构件由于使用波段要求，导致天线构件尺寸大，为保证天线构件有足够的刚度和较高精度要求，需要增加大尺寸的加强筋提高整体的刚度，同时在减重压力下，大部分加强筋选用强度高、刚度大、密度低的碳纤维构件。
目前，小尺寸加强筋的碳纤维结构件采用的是内外钢模模压成型，如专利文献CN2904327Y公开的加装加强筋结构的整体抛物面型卫星天线，包括多根加强筋3的一端与天线托盘2、抛物面1紧密连接在一起，加强筋3的其余部分与抛物面1紧密连接在一起，加强筋3以天线托盘2为中心，成放射线状分布在抛物面1上。
但对大尺寸复杂加强筋，钢模间四个方向限位多，合模困难，难于实现整体成型。采用分段成型需要增加链接螺钉和链接件，降低了加强筋整体刚度、增加了消极重量，无法满足使用要求。
因此寻求一种整体成型用的九宫筋模具设计方法极具迫切性。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种卫星用复杂碳纤维加强筋整体成型模具设计方法及模具。
根据本发明提供的一种卫星用复杂碳纤维加强筋整体成型模具设计方法，包括如下步骤：
外侧筋格限位步骤：采用外侧刚性围条限位形成外围筋格；
中心筋格定位步骤：将刚性芯模设置在每个宫格筋内，从而进行定位和限位；
软模设置步骤：在筋格中设置膨胀软模，以保证每根加强筋的左右两侧中，一侧为刚性模具，另一侧为膨胀软模；
其中，所述宫格筋内是指加强筋中封闭部分合围形成的宫格区域内部；所述刚性模具包括外侧刚性围条和刚性芯模。
优选地，所述刚性模具包括钢制模具；所述加强筋包括碳纤维加强筋。
优选地，所述膨胀软模的厚度范围为15mm-20mm。
优选地，所述卫星用复杂碳纤维加强筋整体成型模具设计方法的步骤中，软模设置步骤完成后，再进行其他步骤。
优选地，所述膨胀软模为板带结构，所述板带结构是指膨胀软模的宽度与加强筋高度一致，膨胀软模的长度范围为1000mm-2000mm。
优选地，所述加强筋为九宫格式加强筋；所述整体成型模具在对应于九宫格式加强筋R角处设置有设定结构的R角膨胀软模；所述R角膨胀软模的外形尺寸对应于九宫格式加强筋R角结构。
优选地，所述R角膨胀软模采用另外设计的模具浇注形成。
根据本发明提供的一种卫星用复杂碳纤维加强筋整体成型模具，利用上述的卫星用复杂碳纤维加强筋整体成型模具设计方法制得，包括底模、刚性模具、板带膨胀软模以及R角膨胀软模；
所述刚性模具、板带膨胀软模以及R角膨胀软模均设置在底模上；
所述刚性模具包括外侧刚性围条和刚性芯模；所述刚性芯模包括中心刚性芯模和外围刚性芯模。
优选地，所述加强筋为九宫格式加强筋，将该九宫格式加强筋的封闭九宫格参考其俯视图，按照从左至右、从上至下的顺序依次记为第一格体、第二格体…第九格体；
则第五格体中设置有1个所述中心刚性芯模；第二格体、第六格体、第八格体这三者各自设置有1个外围刚性芯模；第一格体、第三格体、第七格体、第八格体这四者各自中心对称地设置有2个外围刚性芯模；第四格体中设置有3个外围刚性芯模。
优选地，设置在第二格体、第八格体中的外围刚性芯模为矩形芯模；设置在第五格体中的中心刚性芯模为矩形芯模；各自中心对称地设置在第一格体、第三格体、第七格体、第八格体这四者中的2个外围刚性芯模均为三角形芯模；设置在第四格体中的3个外围刚性芯模包括1个梯形芯模和2个矩形芯模。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
1、大尺寸九宫筋制造可行性提高
采用该种模具设计方法，可实现烘箱或热压罐直接升温固化，不需使用压机固化，对大吨位设备的依赖性降低，特别是对大尺寸，2m～3或5m等更大尺寸加强筋结构，具备的成型的可行性。
2、可实现复杂九宫筋的整体成型
采用该种设计方法，针对复杂九宫筋、或更大尺寸筋，可采用相同设计思路，使各条筋的碳纤维带或碳纤维布铺覆结束后，整体高温固化，一次成型整个背筋零件，减少了各筋之间的连接环节，降低连接重量，对重量要求苛刻的产品有重要参考价值。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本发明提供的卫星用复杂碳纤维加强筋整体成型模具设计方法及模具优选例的俯视结构示意图。
图2为为本发明提供的卫星用复杂碳纤维加强筋整体成型模具设计方法及模具优选例的立体结构示意图。
图中示出：
底模1、中心钢模(中心刚性芯模)2、其余钢芯模(外围刚性芯模)3-18、一圈侧围条(外侧刚性围条)19-30、膨胀软模(包括板带膨胀软模以及R角膨胀软模)31-61。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
根据本发明提供的一种卫星用复杂碳纤维加强筋整体成型模具设计方法，包括如下步骤：
外侧筋格限位步骤：采用外侧刚性围条限位形成外围筋格；
中心筋格定位步骤：将刚性芯模设置在每个宫格筋内，从而进行定位和限位；
软模设置步骤：在筋格中设置膨胀软模，以保证每根加强筋的左右两侧中，一侧为刚性模具，另一侧为膨胀软模；
其中，所述宫格筋内是指加强筋中封闭部分合围形成的宫格区域内部；所述刚性模具包括外侧刚性围条和刚性芯模。
所述刚性模具包括钢制模具；所述加强筋包括碳纤维加强筋。
所述膨胀软模的厚度范围为15mm-20mm。
所述卫星用复杂碳纤维加强筋整体成型模具设计方法的步骤中，软模设置步骤完成后，再进行其他步骤。
所述膨胀软模为板带结构，所述板带结构是指膨胀软模的宽度与加强筋高度一致，膨胀软模的长度范围为1000mm-2000mm。
所述加强筋为九宫格式加强筋；所述整体成型模具在对应于九宫格式加强筋R角处设置有设定结构的R角膨胀软模；所述R角膨胀软模的外形尺寸对应于九宫格式加强筋R角结构。
所述R角膨胀软模采用另外设计的模具浇注形成。
根据本发明提供的一种卫星用复杂碳纤维加强筋整体成型模具，利用上述的卫星用复杂碳纤维加强筋整体成型模具设计方法制得，包括底模、刚性模具、板带膨胀软模以及R角膨胀软模；
所述刚性模具、板带膨胀软模以及R角膨胀软模均设置在底模上；
所述刚性模具包括外侧刚性围条和刚性芯模；所述刚性芯模包括中心刚性芯模和外围刚性芯模。
所述加强筋为九宫格式加强筋，将该九宫格式加强筋的封闭九宫格参考其俯视图，按照从左至右、从上至下的顺序依次记为第一格体、第二格体…第九格体；
则第五格体中设置有1个所述中心刚性芯模；第二格体、第六格体、第八格体这三者各自设置有1个外围刚性芯模；第一格体、第三格体、第七格体、第八格体这四者各自中心对称地设置有2个外围刚性芯模；第四格体中设置有3个外围刚性芯模。
设置在第二格体、第八格体中的外围刚性芯模为矩形芯模；设置在第五格体中的中心刚性芯模为矩形芯模；各自中心对称地设置在第一格体、第三格体、第七格体、第八格体这四者中的2个外围刚性芯模均为三角形芯模；设置在第四格体中的3个外围刚性芯模包括1个梯形芯模和2个矩形芯模。
进一步地，本发明的优选例公开了一种适用于卫星的复杂碳纤维九宫筋整体成型模具的设计方法，整体模具设计思路为采用钢模作为限位模具，膨胀软模作为侧加压模具；该发明确定膨胀软模结构为板带状结构，厚度15mm-20mm，明确以一侧钢模一侧软模，软模后增加钢模限位的设计方法；该发明针对卫星大尺寸复杂碳纤维九宫类筋，开发一种模具结构简单、高温固化加压可行、设备依赖度较低的模具设计方法。
根据本发明优选例提供的一种用于卫星的复杂碳纤维九宫筋整体成型模具的设计方法：九宫格最外围的筋格的外侧采用钢制围条限位，每个宫格筋内采用钢制芯模定位和限位，九宫筋中每根碳纤维筋的左右两侧面，以一侧为刚性模具、一侧为膨胀软模，最终形成整体模具。
所述模具结构，膨胀软模厚度仅在15mm-20mm，在膨胀软模后再设计钢模限位。
所述膨胀软模采用厚度15-20mm、宽度为筋高、长度1000-2000mm的板带结构，R角处采用单独的膨胀软模，膨胀软模外形尺寸与R角处结构一致。采用另外设计的模具将筋R角处结构浇筑而成。
本发明优选例的目的是提供一种适用于卫星复杂碳纤维九宫筋整体成型模具设计方法，通过钢模、软模两种模具材料优化组合，突破组合成型模具测量压力无法均匀提供的技术，突破复杂加强筋组合成型模具的连接设计技术，实现了复杂加强筋整体成型模具的设计技术。
本发明优选例的目的是通过以下技术方案实现的：
为发明涉及一种适用于卫星复杂碳纤维九宫筋整体成型模具设计方法，采用钢模膨胀模相结合的方式，优化布置两者的组合位置，并通过底模进行定位整体定位，确保宫格筋精度位置。
所述九宫格模具外侧采用钢制围条限位，中心采用钢制芯模限位。
所述九宫格模具，在每根加强筋的两侧面以一侧为刚性模具、一侧为膨胀软模的设计原则为主。
所述九宫格模具中膨胀软模为板带结构，厚度15-20mm，外侧仍设计钢模进行对软模的定位。
所述九宫格模具，所有侧边钢围条、钢模均采用销钉加螺钉的方式与底板定位。
更进一步地，本发明的具体实施例如下：
以一种典型碳纤维九宫筋为实例，见附图1、2，该九宫筋模具包括底模1、中心钢模(中心刚性芯模)2、其余钢芯模(外围刚性芯模)3-18、一圈侧围条(外侧刚性围条)19-30、膨胀软模(包括板带膨胀软模以及R角膨胀软模)31-61。
1)模具材料选择
底模采用45#钢模、中心钢模和其余钢模采用45#钢模具，如果产品量多可考虑P20等强度更高的模具钢，膨胀软模选择高温下膨胀比高的材料。
2)模具设计
模具设计过程中，首先确定最外侧为钢模，，以每根筋一侧钢模一侧软模的设计思路，从外往内逐级进行设计。并确定中心钢模，保证筋的整体位置度。每个筋方格内均考虑四周钢或软模的组合形式。膨胀软模采用板带结构，以贴产品面为里侧，在膨胀软模的外侧仍设计钢模进行限位。
模具设计时尽量考虑左右对称，软模位置对称。
所有限位用模具均与底模进行销钉、螺钉固定连接。
3)膨胀软模的加工
根据筋的结构形式，单独设计膨胀软模的成型模具，考虑筋交叉处的R角模具设计，保证筋的R角固化压力均匀。
4)模具加工
按三维图及二维图加工模具。
在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (10)

1.一种卫星用复杂碳纤维加强筋整体成型模具设计方法，其特征在于，包括如下步骤：
外侧筋格限位步骤：采用外侧刚性围条限位形成外围筋格；
中心筋格定位步骤：将刚性芯模设置在每个宫格筋内，从而进行定位和限位；
软模设置步骤：在筋格中设置膨胀软模，以保证每根加强筋的左右两侧中，一侧为刚性模具，另一侧为膨胀软模；
其中，所述宫格筋内是指加强筋中封闭部分合围形成的宫格区域内部；所述刚性模具包括外侧刚性围条和刚性芯模。
2.根据权利要求1所述的卫星用复杂碳纤维加强筋整体成型模具设计方法，其特征在于，所述刚性模具包括钢制模具；所述加强筋包括碳纤维加强筋。
3.根据权利要求1所述的卫星用复杂碳纤维加强筋整体成型模具设计方法，其特征在于，所述膨胀软模的厚度范围为15mm-20mm。
4.根据权利要求1所述的卫星用复杂碳纤维加强筋整体成型模具设计方法，其特征在于，所述卫星用复杂碳纤维加强筋整体成型模具设计方法的步骤中，软模设置步骤完成后，再进行其他步骤。
5.根据权利要求1所述的卫星用复杂碳纤维加强筋整体成型模具设计方法，其特征在于，所述膨胀软模为板带结构，所述板带结构是指膨胀软模的宽度与加强筋高度一致，膨胀软模的长度范围为1000mm-2000mm。
6.根据权利要求1所述的卫星用复杂碳纤维加强筋整体成型模具设计方法，其特征在于，所述加强筋为九宫格式加强筋；所述整体成型模具在对应于九宫格式加强筋R角处设置有设定结构的R角膨胀软模；所述R角膨胀软模的外形尺寸对应于九宫格式加强筋R角结构。
7.根据权利要求6所述的卫星用复杂碳纤维加强筋整体成型模具设计方法，其特征在于，所述R角膨胀软模采用另外设计的模具浇注形成。
8.一种卫星用复杂碳纤维加强筋整体成型模具，其特征在于，利用权利要求1至7中任一项所述的卫星用复杂碳纤维加强筋整体成型模具设计方法制得，包括底模、刚性模具、板带膨胀软模以及R角膨胀软模；
所述刚性模具、板带膨胀软模以及R角膨胀软模均设置在底模上；
所述刚性模具包括外侧刚性围条和刚性芯模；所述刚性芯模包括中心刚性芯模和外围刚性芯模。
9.根据权利要求8所述的卫星用复杂碳纤维加强筋整体成型模具，其特征在于，所述加强筋为九宫格式加强筋，将该九宫格式加强筋的封闭九宫格参考其俯视图，按照从左至右、从上至下的顺序依次记为第一格体、第二格体…第九格体；
则第五格体中设置有1个所述中心刚性芯模；第二格体、第六格体、第八格体这三者各自设置有1个外围刚性芯模；第一格体、第三格体、第七格体、第八格体这四者各自中心对称地设置有2个外围刚性芯模；第四格体中设置有3个外围刚性芯模。
10.根据权利要求8所述的卫星用复杂碳纤维加强筋整体成型模具，其特征在于，设置在第二格体、第八格体中的外围刚性芯模为矩形芯模；设置在第五格体中的中心刚性芯模为矩形芯模；各自中心对称地设置在第一格体、第三格体、第七格体、第八格体这四者中的2个外围刚性芯模均为三角形芯模；设置在第四格体中的3个外围刚性芯模包括1个梯形芯模和2个矩形芯模。
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